Оценка эффективности применения промышленного экзоскелета по степени утомления работника

Введение. Объектом исследования являлась динамика функционального состояния организма человека при выполнении физической работы с применением промышленного экзоскелета, предназначенного для разгрузки мышц спины и рук при подъёме, опускании, переносе и удерживании грузов массой до 50 кг. Исследование проведено с целью оценки эффективности применения промышленного экзоскелета для снижения утомления в условиях моделирования трудовой деятельности.

Материалы и методы. Модель трудовой деятельности работника, связанная с подъёмом, перемещением и удержанием груза, была разработана в условиях лаборатории. Для оценки эффективности применения промышленного экзоскелета проводилось сравнение степеней утомления по показателям функционального состояния скелетной мускулатуры при выполнении трудовой деятельности в лабораторных условиях с применением промышленного экзоскелета и без него. Использованы следующие медико-биологические методы: электромиография, миотонометрия и анкетирование. Полученные данные подвергали статистическому анализу.

Результаты. При выполнении работы с применением экзоскелета некоторые мышцы были в состоянии меньшего напряжения, чем при работе без него. Анализ субъективной оценки локального напряжения показывал, что физическое напряжение добровольцев было ниже при работе в экзоскелете по сравнению с работой без него.

Ограничения исследования. Небольшой объём выборки, моделирование трудовой деятельности в лаборатории не позволяют учесть всех факторов, которые воздействуют на работника, использующего экзоскелет, на производстве. Для более полной оценки эффективности промышленного экзоскелета необходим учёт динамики показателей сердечно-сосудистой, дыхательной и других систем организма.

Заключение. С точки зрения влияния использования промышленного экзоскелета на утомление при выполнении производственных операций, аналогичных лабораторной модели трудовой деятельности, можно сделать заключение об эффективности применения промышленного экзоскелета.

Соблюдение этических стандартов. Исследование проведено с соблюдением протокола «Исследование безопасности и эффективности применения промышленных экзоскелетов ProEXOLight и ProEXOSuperLight», одобренного Локальным этическим комитетом ФГБНУ «НИИ МТ» (протокол № 1 заседания Локального этического комитета от 25.01.2023 г.), соответствует общепринятым научным принципам Хельсинкской декларации Всемирной медицинской ассоциации. Все участники дали информированное добровольное письменное согласие на участие в исследовании.

Участие авторов:
Шупорин Е.С. – концепция и дизайн исследования, написание текста, редактирование;
Чудова Е.С. – написание текста, редактирование;
Ильенко О.В. – концепция и дизайн исследования, написание текста;
Вага И.Н., Моткова Т.Ю. – сбор и обработка данных, статистическая обработка данных.
Все соавторы – утверждение окончательного варианта статьи, ответственность за целостность всех частей статьи.

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов в связи с публикацией данной статьи.

Финансирование. Исследование не имело финансовой поддержки.

Поступила: 03.03.2025 / Поступила после доработки: 08.04.2025 / Принята к печати: 26.06.2025 / Опубликована: 31.07.2025

1. Канонин Ю.Н., Тихомиров О.И. Перспективы применения промышленных экзоскелетов на железнодорожном транспорте в качестве средств индивидуальной защиты. Известия Петербургского государственного университета путей сообщения. 2024; 21(2): 370–9. https://doi.org/10.20295/1815-588X-2024-02-370-379

2. Государственный доклад «О состоянии санитарно-эпидемиологического благополучия населения в Российской Федерации в 2023 году». М.; 2024.

3. Geregei A.M., Shitova E.S., Malakhova I.S., Shuporin E.S., Bondaruk E.V., Efimov A.R., et al. Up-to-date techniques for examining safety and physiological efficiency of industrial exoskeletons. Health Risk Analysis. 2020; (3): 148–59. https://doi.org/10.21668/health.risk/2020.3.18.eng

4. Bosch T., van Eck J., Knitel K., de Looze M. The effects of a passive exoskeleton on muscle activity, discomfort and endurance time in forward bending work. Appl. Ergon. 2016; 54: 212–7. https://doi.org/10.1016/j.apergo.2015.12.003

5. Blanco A., Catalán J.M., Martínez-Pascual D., García-Pérez J.V., García-Aracil N. The effect of an active upper-limb exoskeleton on metabolic parameters and muscle activity during a repetitive industrial task. IEEE Access. 2022; 10: 16479–88. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2022.3150104

6. Qu X., Qu C., Ma T., Yin P., Zhao N., Xia Y., et al. Effects of an industrial passive assistive exoskeleton on muscle activity, oxygen consumption and subjective responses during lifting tasks. PLoS One. 2021; 16(1): e0245629. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0245629

7. De Looze M.P., Bosch T., Krause F., Stadler K.S., O’Sullivan L.W. Exoskeletons for industrial application and their potential effects on physical work load. Ergonomic. 2015; 59(5): 671–81. https://doi.org/10.1080/00140139.2015.1081988

8. Maurice P., Camernik J., Gorjan D., Schirrmeister B., Bornmann J., Tagliapietra L., et al. Objective and subjective effects of a passive exoskeleton on overhead work. IEEE Trans. Neural. Syst. Rehabil. Eng. 2020; 28(1): 152–64. https://doi.org/10.1109/TNSRE.2019.2945368

9. Grimmer M., Quinlivan B.T., Lee S., Malcolm P., Rossi D.M., Siviy C., et al. Comparison of the human-exosuit interaction using ankle moment and ankle positive power inspired walking assistance. J. Biomech. 2019; 83: 76–84. https://doi.org/10.1016/j.jbiomech.2018.11.023

10. Masood J., Dacal-Nieto A., AlonsoRamos V., Fontano M.I., Voilqué A., Bou J. Industrial wearable exoskeletons and exosuits assessment process. In: Carrozza M., Micera S., Pons J., eds. Wearable Robotics: Challenges and Trends. Cham: 2018: 234–8. https://doi.org/10.1007/978-3-030-01887-0_45

11. Chen G., Wu J., Chen G., Lu Y., Ren W., Xu W., et al. Reliability of a portable device for quantifying tone and stiffness of quadriceps femoris and patellar tendon at different knee flexion angles. PLoS One. 2019; 14(7): e0220521. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0220521

12. Lo W.L.A., Yu Q., Mao Y., Li W., Hu C., Li L. Lumbar muscles biomechanical characteristics in young people with chronic spinal pain. BMC Musculoskelet Disord. 2019; 20(1): 559. https://doi.org/10.1186/s12891-019-2935-z

13. Шитова Е.С., Малахова И.С., Лемешко В.И. Возможность использования миотонометрии для оценки мышечного утомления работников физического труда. Медицина труда и промышленная экология. 2020; 60(11): 892–4. https://doi.org/10.31089/1026-9428-2020-60-11-892-894 https://elibrary.ru/ddgzka

14. Liu Y., Pan A., Hai Y., Li W., Yin L., Guo R. Asymmetric biomechanical characteristics of the paravertebral muscle in adolescent idiopathic scoliosis. Clin. Biomech. (Bristol). 2019; 65: 81–6. https://doi.org/10.1016/j.clinbiomech.2019.03.013

15. Chen G., Wu J., Chen G., Lu Y., Ren W., Xu W., et al. Reliability of a portable device for quantifying tone and stiffness of quadriceps femoris and patellar tendon at different knee flexion angles. PLoS One. 2019; 14(7): e0220521. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0220521

16. Mänttäri S., Rauttola A.P., Halonen J., Karkulehto J., Säynäjäkangas P., Oksa J. Effects of an exoskeleton on muscle activity in tasks requiring arm elevation: Part I – Experiments in a controlled laboratory setting. Work. 2024; 77(4): 1179–88. https://doi.org/10.3233/WOR-230217

17. Kopecká B., Ravnik D., Jelen K., Bittner V. Objective methods of muscle tone diagnosis and their application – a critical review. Sensors (Basel). 2023; 23(16): 7189. https://doi.org/10.3390/s23167189

18. Mänttäri S., Rauttola A.P., Halonen J., Karkulehto J., Säynäjäkangas P., Oksa J. Effects of upper-limb exoskeleton on muscle strain in tasks requiring arm elevation: Part I – experiments in controlled laboratory setting with different shoulder angles; 2022. https://doi.org/10.2139/ssrn.4299796

19. Zheng L., Lowe B., Hawke A.L., Wu J.Z. Evaluation and test methods of industrial exoskeletons in vitro, in vivo, and in silico: a critical review. Crit. Rev. Biomed. Eng. 2021; 49(4): 1–13. https://doi.org/10.1615/critrevbiomedeng.2022041509